Введение.
Достаточно давно мне хотелось остановиться на вопросах обеспечения снижения энергопотребления современных персональных компьютеров и ноутбуков. Многие пользователи оправданно зададут вопрос: «Зачем это надо? — производитель уже позаботился обо всех тонкостях энергопотребления моей системы. Как показывает опыт, к сожалению, это практически всегда не так. Если производители ноутбуков еще как-то стараются обеспечить снижение энергопотребления своих устройств, то с персональными компьютерами, как правило, все находится в запущенном состоянии.
Энергопотребление персональных компьютеров и ноутбуков необходимо снижать по следующим причинам:
— снижая энергопотребление ноутбука, вы продлеваете его время автономной работы,
— продлевая время автономной работы ноутбука, вы добиваетесь, снижения циклов заряда/разряда аккумуляторной батареи и продлеваете его срок службы,
— вместе с энергопотреблением снижается и тепловыделение компонентов ноутбука или персонального компьютера, что позволяет, с одной стороны, повысить стабильность работы системы, с другой стороны, продлить срок службы электрических компонентов,
— снижение энергопотребления персонального компьютера и ноутбука позволит сократить расходы на электричество.
я многих это до сих пор не критично, но стоимость электроэнергии растет день ото дня, государственная политика заставляет граждан устанавливать электросчетчики, количество компьютеров в семье увеличивается из года в год, длительность их работы удлиняется в пропорциональных масштабах, поэтому в технологиях снижения энергопотребления заинтересован каждый из нас.
Определение ключевых компонентов энергопотребления системы.
Несмотря на то, что современный персональный компьютер и ноутбук настолько различны между собой, как правило, они полностью идентичны по схемам строения. В ноутбуке производители стараются компоновать все, таким образом, чтоб максимально уменьшить итоговые размеры. В то время как любой персональный компьютер является модульной системой, любой компонент которой может быть заменен без каких-либо проблем.
— картинка кликабельна —
На представленном рисунке видны компоненты стандартного системного блока.
ание этих компонентов системы позволит вам еще на этапах сборки или апгрейда своего компьютера определиться с теми параметрами, которые позволят вам снизить энергопотребление системы. Итак, современный системный блок содержит:
— корпус,
— блок питания,
— материнская плата,
— процессор,
— оперативная память,
— видеокарта/видеокарты,
— жесткий диск/диски,
— привод компакт-дисков,
— дисководы,
— картридеры,
— системы охлаждения процессора, корпуса.
Звуковые карты, ТВ-тюнеры в отдельном исполнении редко встречаются в современных компьютерах. Во-первых, все существующие материнские платы имеют встроенные контроллеры звука, которые не уступают по качеству звучания дешевым звуковым картам и картам среднего ценового диапазона. Во-вторых, ТВ-тюнеры отслужили свой век, как и коаксиальное телевидение. В эпоху FulHD, IP-TV, DVB говорит о ТВ-тюнерах попросту излишне.
Энергосбережение: корпус и блок питания.
Для многих может показаться странным, обсуждать блок питания и корпус в контексте энергосберегающих технологий. Тем не менее, практика показывает, что пользователи зачастую выбирают корпус по внешнему виду и его ценовому параметру. При этом следует понимать, что малогабаритный, плохо вентилируемый корпус будет способствовать перегреванию компонентов системы и снижению стабильности работы того же процессора, оперативной памяти, материнской платы при снижении напряжений питания, чем мы будем заниматься в дальнейшем.
Блок питания может стать источником неэффективного энергопотребления в первую очередь. Любой современный блок питания должен обеспечивать высокие показатели КПД при преобразовании тока высокого напряжения в 12, 5 и 3,3 вольта.
Любой современный блок питания имеет соответствие одному из стандартов серии 80 Plus. Стандарт 80 Plus был принят еще в далеком 2007 году, в рамках энергосберегающих стандартов Energy Star четвертого пересмотра. Данный стандарт требует от производителей блоков питания обеспечение 80% КПД своих устройств при различных нагрузках, — 20%, 50% и 100% от номинальной мощности.
Из этого следует, что для обеспечения максимальной эффективности вашего блока питания, он должен быть нагружен не менее 20 % от своей номинальной мощности. Абсолютно не правильно, когда пользователь приобретает блоки питания «с запасом» на 900 и 1200 Ватт. При выборе блока питания руководствуйтесь тем, что без нагрузки на систему, нагрузка на него не должна падать ниже 20% и он должен иметь сертификат соответствия 80 Plus.
— картинка кликабельна —
Справедливости ради, нужно отметить, что на сегодняшний день стандарт 80 Plus дифференцировался на следующие категории:
— 80 Plus
— 80 Plus Bronze
— 80 Plus Silver
— 80 Plus Gold
— 80 Plus Platinum.
Различие между стандартами заключается в обеспечении более высоких показателей КПД внутри семейства стандарта 80 Plus. Если при 50% нагрузке блок питания стандарта 80 Pus обеспечивает КПД на уровне 80%, то дорогие блоки питания соответствующие стандарту 80 Plus Platinum обеспечивают КПД на уровне 94% и выше.
Энергосбережение: материнская плата.
«>На сегодняшний день материнские платы развиваются максимально быстро, не отставая от развития процессоров. Следует понимать, что материнские платы состоят из различных наборов контроллеров, обеспечение слаженной работы которых, и является основной задачей материнской платы. В большинстве случае, энергопотребление материнской платы зависит от вида примененного северного и южного моста. Современные северные мосты значительно снизили свое энергопотребление, что повлекло за собой уменьшение размеров их систем охлаждения. Многие пользователи помнят времена, когда система охлаждения северного моста состояла из нескольких тепловых трубок соединенных с радиаторами охлаждения. Появление последнего поколения системной логики от Intel позволило снова отойти на уровень обычных радиаторов.
В силу общих тенденций, многие именитые производители материнских плат, такие как Gigabyte, ASUS, MSI демонстрируют на выставках свои новые «экологичные» продукты. Как правило, экологичность данных решений достигается за счет оптимизации схем питания процессора и видеокарт, — основных потребителей любого системного блока. Как правило, это осуществляется за счет применения многофазных стабилизаторов напряжения процессоров.
Современные материнские платы, применяют в схемах питания от шести до двенадцати стабилизаторов напряжения. Данные схемы значительно повышают стабильность подаваемого напряжения, но увеличивают энергопотребление. Поэтому производители «экологичных» материнских плат оснащают их технологиями, которые при низкой нагрузке на систему питания выключают часть фаз, и питание процессора осуществляется за счет одной-двух фаз стабилизаторов напряжения.
При покупке материнской платы, также следует быть более внимательным. Приобретение «навороченной» материнской платы всегда оборачивается повышенным энергопотреблением. Если вам никогда не будет нужен порт FireWire, не следует за него переплачивать, а затем ежемесячно платить за то электричество, которое потребляет его контроллер на материнской плате.
Энергосбережение: процессор.
«>Ведущие производители процессоров AMD и Intel на протяжении последних десятилетий занимаются снижением энергопотребления своих продуктов.
едует отдать должное, вся эстафета была начата компанией AMD, в которой она удерживала прочное лидерство на протяжении двух-трех лет. Были времена, когда процессоры компании AMD с технологией Cool’n’Quiet имели значительно меньшее энергопотребление, нежели процессоры от компании Intel линеек Pentium 4 и Pentium D.
Компания Intel быстро наверстала свое отставание и внедрила технологию EIST — Enhanced Intel SpeedStep Technology, которая прекрасно себя показала в последних поколениях процессоров. В то время как новые процессоры от компании Intel обзаводятся все новыми и новыми технологиями энергосбережения и наращивают производительность, от компании AMD существенных рывков вперед мы не видим.
Как известно, ключевым энергопотребителем любого персонального компьютера или ноутбука является именно процессор, поэтому мы остановимся на вопросах снижения его энергопотребления.
Для того чтоб понять, как можно снизить энергопотребление процессора, вы должны четко для себя представлять, от чего оно зависит. Энергопотребление современного процессора зависит:
— от напряжения питания подаваемого на транзисторы,
— частоты работы процессора. Частота работы процессора формируется из произведения его множителя на частоту шины.
По сути дела, технологии Cool’n’Quiet и EIST занимаются снижением энергопотребления именно за счет этих двух параметров. К сожалению, чаще всего мы сталкиваемся с работой не с напряжением питания процессора, а с работой его частотой. При снижении нагрузки на процессор энергосберегающие технологии снижают множитель процессора и тем самым добиваются снижения энергопотребления процессора. При появлении нагрузки на процессоре, множитель возвращается на прежние значения, и процессор работает, как ни в чем не бывало. К сожалению, данная методика снижения энергопотребления не всегда позволяет добиться высокой энергоэффективности. Покажем на примере.
В качестве примера выбран процессор Core 2 Duo с номинальной частотой работы 2,0 Ггц.
«>
— картинка кликабельна —
Из представленной диаграммы видно, что температура работы процессора без включения режима энергосбережения, при номинальном множителе x12 и напряжении питания 1,25 вольт мы имеем рабочую температуру порядка 55-56 градусов в простое.
«>
— картинка кликабельна —
После подачи нагрузки на процессор, при аналогичных условиях работы мы фиксируем среднею температуру работы процессора порядка 71-72 градусов, что и было зафиксировано на наших диаграммах.
br /> Температура ядер процессора снимается по внутренним датчикам, поэтому погрешности минимальны. Учитывая тот факт, что между энергопотреблением процессора и его рабочей температурой имеется прямопропорциональная связь, мы будем ориентироваться на данный параметр при оценке его энергоэффективности.
Следующим этапом мы снизили множитель процессора до минимально возможных значений, до 6. При этом частота процессора составила 997 Мгц, грубо можно округлить до 1 Ггц. Напряжение питания осталось неизменным, в районе 1,25 вольт.
«>
— картинка кликабельна —
Из представленных данных видно, что в режиме простоя, рабочая температура процессора изменилась очень мало, она осталась, по-прежнему, в рамках 55-56 градусов. Отсюда напрашивается вывод о том, что от простого снижения частоты работы процессора мы выигрываем очень мало.
«>
— картинка кликабельна —
После этого мы подали нагрузку на процессор, но множитель и рабочее напряжение процессора оставили на прежнем уровне. Естественно, подобное тестирование имеет значение только с практической стороны, реализовывать его в жизни мы не рекомендуем.
язано это с тем, что именно от частоты процессора зависит его производительность, и никто не покупает высокочастотный процессор для его последующей работы на заниженных частотах. После стабилизации температурных значений, мы получили среднею рабочую температуру равную 65-66 градусам, что на шесть градусов ниже, чем при работе процессора на номинальной частоте равной 2 Ггц.
Из этого всего следует, что действительно энергосбережение от снижения рабочей частоты процессора путем изменения значения множителя имеет место быть, но оно не того уровня, которого нам бы хотелось видеть, в каждом конкретном случае. Поэтому мы приступаем к работе с напряжением процессора.
«>
Наш процессор и материнская плата позволяют изменять напряжение питания процессора в промежутке 0,95-1,25 вольт. Шаг составляет 0,0125 вольт. Это связано с тем, что процессор установлен в ноутбуке, материнские платы которых, редко когда дают возможность менять рабочие напряжения компонентов в широких диапазонах.
Для того чтоб доказать эффективность снижения рабочего напряжения процессора в плане снижения его энергопотребления и тепловыделения, мы оставим его рабочую частоту на уровне 1 Ггц, но параллельно снизим рабочее напряжение до минимально возможных значений, — 0,95 вольт.
«>
— картинка кликабельна —
Данная манипуляция позволила нам снизить температуру простоя процессора до 45-46 градусов, что представлено на диаграмме. В данном режиме мы добиваемся максимально возможно низкого энергопотребления процессора. Снижение рабочего напряжения до 0,95 вольт позволило нам снизить рабочую температуру простоя на 10 градусов!!!
«>
— картинка кликабельна —
Для оценки эффективности метода снижения рабочего напряжения процессора, мы подали на него нагрузку. В результате чего мы получили рабочую температуру в нагрузке равную 50-51 градусам, в то время как без изменения напряжения и аналогичной производительности системы на частоте 1 Ггц ранее мы получали 65-66 градусов. Полученные нами данные зафиксированы на диаграммах.
Энергопотребление процессора: выводы
— Из всего вышеизложенного следует, что для обеспечения высокой энергоэффективности процессора не следует только снижать рабочую частоту процессора, как это делается многими ноутбуками и персональными компьютерами в рамках энергосберегающих технологий от Intel и AMD. Снижение частоты работы процессора всегда должно сопровождаться снижением его рабочего напряжения.
— Учитывая тот факт, что любой процессор может работать при более низком напряжении при более низких частотах своей работы, следует подобрать свое минимальное стабильное напряжение для каждой частоты его работы.
— Для определения приблизительных рабочих напряжений для каждой частоты (множителя) процессора достаточно построить график прямой зависимости минимального напряжения от частоты путем нанесения максимальных и минимальных значений. Это значительно облегчит работу начинающим пользователям.
«>
— Для обеспечения необходимой энергоэффективности процессора, необходимо правильно настроить существующие технологии или применять сторонние программные продукты, которые могли бы снижать частоту процессора, его напряжение при низкой нагрузке и повышать их при ее повышении.
Для этих целей я рекомендую программу RightMark CPU Clock Utility — RMClock, которую использую уже на четырех поколениях процессоров, бесплатного функционала которой хватает для всех вышеописанных манипуляций.
Энергосбережение процессора: RightMark CPU Clock Utility (RMClock)
Утилита имеет небольшой вес, порядка 250 килобайт. Не требуется какой-либо установки, просто распаковываете его в выбранную папку и запускаете файл RMClock.exe. Для простоты ссылка на архив с программой будет представлена в конце нашей статьи.
На момент написания статьи последняя версия программы 2.35 имеет следующий функционал в рамках бесплатного использования:
— контроль тактовой частоты процессоры,
— контроль троттлинга,
— контроль уровня загрузки процессора, ядер процессора,
— контроль рабочего напряжения процессора,
— контроль температуры процессора/ядер процессора,
— постоянный мониторинг указанных параметров,
— возможность изменения напряжения процессора из операционной системы,
— возможность изменения множителя процессора (его частоты) из операционной системы,
— автоматическое управление частотой и напряжением процессора в зависимости от подаваемой нагрузки на него. Концепция носит название «Perfomance on demand» или «производительность по требованию».
«>
— картинка кликабельна —
Запустив программный продукт, вы попадаете в один из разделов его меню. Мы перечислим весь функционал RightMark CPU Clock Utility по порядку. В разделе About представлена информация о разработчиках, их сайте, и ссылка на лицензионное соглашение. Базовая версия продукта поставляется бесплатно для некоммерческих целей, никакой регистрации не требуется. Имеется профессиональная версия, которая предоставляет гораздо более широкий функционал настроек работы системы и стоит символические 15 долларов. Для начинающего пользователя возможностей базовой версии вполне хватит.
«>
— картинка кликабельна —
В закладке «Settings» представлены настройки программы для удобства его использования. К сожалению, русского языкового пакета, который встречался в ранее выпущенных версиях продукта, в нашем случае не оказалось, но в этом нет ничего страшного. В данной закладке имеется возможность выбора цвета оформления и, прошу обратить внимание, — режим автозапуска.
За режим автозапуска отвечает подраздел «Startup options«. Автозапуск RightMark CPU Clock Utility при загрузке операционной системы позволяет максимально легко решить вопросы энергосбережения без вмешательства в BIOS компьютера, что особенно полезно, когда BIOS не предоставляет каких-либо возможностей по изменению рабочего напряжения и множителя процессора. Подобное встречается в BIOS’ах современных ноутбуков.
Поставив галочку в окне пункта «Start minimized to system tray» вы избавите себя от надобности постоянно закрывать окно программы при очередном запуске. Оно будет выполнять свои задачи после автоматического запуска с предварительным свертыванием.
Пункт «Run at Windows startup:» позволяет установить автоматический запуск программного продукта и выбрать, как это делать. В нашем случае мы осуществляем автоматический запуск через реестр, также имеется возможность автоматического запуска через папку «Автозагрузка». Оба варианта прекрасно работают, начиная от Windows XP заканчивая Windows 7.
Имеется возможность записи необходимых параметров работы процессора в Log-файл. Данный параметр бывает необходим для выяснения причин нестабильной работы системы.
«>
— картинка кликабельна —
В закладке «CPU info» представлена информация о процессоре, его характеристики на текущий момент. Перечислены поддерживаемые технологии энергосбережения. Чем более современный процессор, тем больше технологий он поддерживает.
«>
— картинка кликабельна —
В закладке «Monitoring» представлены диаграммы изменения рабочей частоты ядра процессора, его троттлинг, нагрузка на него, множитель, рабочее напряжение и температура. Количество вкладок соответствует количеству ядер процессора.
«>
— картинка кликабельна —
Во вкладке «Management» пользователю предоставляется возможность выбора метода переключения множителей, методов определения фактической нагрузки на процессор, интеграции программного продукта с энергосберегающими технологиями операционной системы.
Пункт «P-states transitions method» позволяет выбрать метод перехода от одной заданной комбинации множителя-напряжения на другой. Имеются следующие возможности выбора:
— Single-step: множитель переключается с шагом равной единице. То есть при переходе с множителя 10 на множитель 12 всегда будет промежуточное звено 11.
— Multi-step: переход будет осуществляться с переменным шагом. В случае нашего примера, с 10 сразу на 12.
Пункт «Multi-CPU load calculation» позволяет определить метод определения загрузки процессора. Данный параметр будет влиять на скорость переключения комбинации множитель-напряжение на процессоре. В каждом случае подбирается исходя из индивидуальных особенностей работы пользователя. Обычно данный параметр мы не меняем и оставляет на указанном на скрине значении, который означает, что оценка будет осуществляться по максимальной нагрузке любого из ядер процессора.
Пункт «Standby/hibernate action» позволяет выбрать действие программы при переходе в режим гибернации или сна. Как правило, оставление текущего профиля работы является вполне достаточным.
В разделе «CPU Default Settings» представлены следующие пункты:
— Restore CPU defaults on management turns off, который позволяет вернуть первоначальные параметры работы процессора после выбора режима «No Power Managemet».
— Restore CPU defaults on application exit, который позволяет вернуть первоначальные параметры работы процессора после выключения RightMark CPU Clock Utility.
В разделе «CPU defeaults selection» выбирается метод определения комбинаций множитель-напряжение у процессора:
— CPU-defined default P-state, комбинация определяются процессором,
— P-state found at startup, комбинации определяются при загрузке программы,
— Custom P-state, комбинации устанавливаются вручную.
Пункт «Enable OS power management integration» позволяет создать профиль в схемах энергопотребления системы под названием «RMClock Power Management».
«>
— картинка кликабельна —
В разделе «Profiles» пользователю предлагается задать те самые комбинации множитель-напряжение, — P-state. Во-первых, предлагается выбрать профили в зависимости от режима энергопотребления, — сеть или батарея/ИБП.
Ниже предлагается выбрать множители процессора и напряжение для них в каждом конкретном случае. Как правило, я выбираю три значения:
— минимальный множитель и минимальное напряжение для него,
— максимальный множитель и минимально рабочее напряжение для него,
— среднее значение множителя, а напряжение для него устанавливается самой программой исходя из максимальных и минимальных значений.
Как правило, подобный подход подходит для большинства ноутбуков и персональных компьютеров. Естественно, бывают исключения, и пользователю приходится длительно подбирать минимальное напряжение для каждого множителя.
«>
— картинка кликабельна —
Затем устанавливаете галочки для уже выбранных профилей в соответствующих разновидностях работы программы:
— No management — без управления, в настройках не нуждается
— вкладки «Power Saving», «Maximal performance», «Perfomance on Demand» по сути дела равнозначны и позволяют установить диапазоны изменения множителей-напрежения процессора.
Например, в нашем случае для вкладки «Power Saving» мы выбрали минимально возможный множитель и напряжением, для вкладки «Maximal performance» максимальный множитель и минимально рабочее напряжение при данной частоте у процессора.
В разделе производительность по требованию «Perfomance on Demand» выбрали три комбинации множитель-напряжение:
— x4-0,95 вольт
— x9-1,1 вольт
— x12-1,25 вольт.
«>
— картинка кликабельна —
Затем наводите на значок в области уведомлений рабочего стола программы RightMark CPU Clock Utility и выбираете необходимые параметры процессора, которые всегда должны вам показываться и выбираете текущий профиль работы. Я всегда ставлю для мониторинга частоту процессора и его температуру работы, что всегда удобно и отчасти интересно.
«>
— картинка кликабельна —
На рисунке представлены три пиктограммы в области уведомлений рабочего стола:
— пиктограммы программы RightMark CPU Clock Utility,
— текущая частота процессора,
— его текущая температура.
«>
— картинка кликабельна —
На скрине представлены диаграммы работы процессора в режиме «Производительность по требованию«. Видно, как программный продукт при увеличении нагрузки на процессор ступенчато увеличивает его множитель и напряжение вначале до x9-1,1 вольт и при необходимости до максимальных x12-1,25 вольт. Как только нагрузка падает, все ступенчато возвращается обратно.
Подобная регулировка практически никак не влияет на итоговую производительность системы.
«>
— картинка кликабельна —
Во вкладке «Battery info» предлагается выбрать способы оповещения о состоянии аккумуляторной батареи ноутбука.
Во вкладке «Advanced CPU settings» предлагается выбрать опрашиваемые температурные датчики процессора, включаемые технологии энергосбережения.
Все эти энергосберегающие технологии описаны на сайте Intel. Мы просто хотим сказать, что, как правило, их включение не влияет на стабильность системы, поэтому — почему бы их не включить?
Наш процессор относится к раннему семейству процессоров Core 2 Duo. Современные процессоры поддерживает не активные у нас технологии:
— Engage Intel Dynamic Acceleration (IDA)
— Enable Dynamic FSB Frequency Switching (DFFS)
Первая технология позволяет процессору повысить множитель одного из ядер при отсутствии нагрузки на второе. Например, работают два ядра процессора при частоте 2,2 Ггц. Процессор оценивает, что нагрузка подается только на одно ядро, то его множитель будет повышен, и он начнет работать на частоте 2,4 Ггц. Технология интересная, но опасная на разогнанных процессорах.
Вторая технология позволяет добиться еще более сильного снижения рабочей частоты процессора в режимах простоя. Ранее мы говорили о том, что итоговая частота процессора — это всегда произведение множителя на частоту системной шины. Современные процессоры Intel в рамках технологии DFFS позволяют снижать не только значение множителя, но и частоту шины, что позволяет достичь еще более низких частот. Данная технология также опасна для разогнанных процессоров, так как можно получить нестабильность со стороны оперативной памяти.
«>
— картинка кликабельна —
Пожалуй, это все что мы хотели рассказать о программном продукте RightMark CPU Clock Utility. Остается посоветовать следить за ее обновлениями. При этом не имеет смысл обновляться, когда у вас уже на протяжении многих месяцев все стабильно работает. Имеет смысл искать новую версию при смене процессора или переходе на более современную операционную систему.
Использование программы RightMark CPU Clock Utility позволит вам максимально продлить жизнь не только своего процессора, но и системы питания материнской платы, а также значительно снизить шум от системы охлаждения процессора, который не будет надрываться для его охлаждения, когда вы будете печатать, смотреть фильмы или просто листать страницы в Интернете.
Энергопотребление процессора: определяем минимальное рабочее напряжение
В своей статье я многократно указывал на то, что важно определить минимальное рабочее напряжение для каждой частоты работы процессора. Делается это путем проб и ошибок. Как правило, последовательно выполняется следующий цикл задач:
— снижение напряжения на один пункт,
— проверка стабильности процессора в стресс-тестовом программном продукте,
— понижение или повышение напряжения на один пункт в зависимости от результатов стресс-тестирования.
Для стресс-тестирования процессоров существует множество программных продуктов. Они были описаны в одной из наших статей. Считаю, что наиболее ценной из них является программа Prime95. Ссылка на нее будет предоставлена в конце статьи. Она полностью бесплатна и доступна для скачивания в сети.
«>
— картинка кликабельна —
Последняя ее версия была выпущена в 2008 году, как раз тогда, когда было необходимо внедрить мультиядерность в тестирование. Имеется возможность выбора различных методов тестирования, указывать длительность тестирования, периодичность тестирования и т.д.
«>
— картинка кликабельна —
Выбираем метод тестирования в разделе «Options«=> «Torture test» и запускаем его. Длительность тестирования полностью зависит от вас. Как правило, при определении ориентировочного минимального напряжения я дожидаюсь либо первой ошибки, либо провожу тестирование в течение получаса. Если полчаса теста прошло без ошибок, снижаем напряжение на один пункт и вперед заново.
После того, как вы определились с минимальным напряжением окончательно, имеет смысл оставить тест на ночь. За несколько часов кропотливой работы, практически всегда удается выявить возникающие ошибки.
Нередко, операционная система зависает или в лучшем случае, выдает «синий экран смерти«. Это говорит о том, что напряжение занижено и возникла ошибка, — следует поднять рабочее напряжение на процессоре для данной частоты.
«>
— картинка кликабельна —
В нашем случае, мы определили минимальное рабочее напряжение для нашего процессора. Как оказалось, при максимальной частоте в 2 Ггц нашему процессору 1,25 вольт совсем не нужны. Он вполне стабильно работает и при 1,00 вольтах. Стабильность операционной системы была обнаружена и при режиме 0,975 вольт, но Prime95 сообщил об ошибке, которая пропала после поднятия напряжения до 1,00 вольт.
В итоге мы имеем
:
— процессор с неизменным уровнем производительности и частотой работы 2 Ггц,
— максимальную рабочую температуру в нагрузке 62-63 градуса, вместо привычных 72 градусов,
— более низкое энергопотребление, которое позволяет без каких-либо схем энергопотребления от Acer, Asus, Samsung, Gigabyte максимально продлить длительность работы ноутбука от аккумуляторной батареи не теряя уровня производительности,
— более низкое энергопотребление позволит сократить расходы на электричество, особенно, если указать данные значения в описанном выше программном продукте RightMark CPU Clock Utility.
В действительности, подобное низкое рабочее напряжение процессора для оверклоккера говорит всегда об одном, — об его высоком разгонном потенциале. Но нюансам разгона у нас будут посвящены другие статьи, — тема разгона процессора выходит за рамки темы об энергосбережении.
Заключение.
Прочитав статью, у пользователя должен возникнуть вопрос: «Неужели производители настолько неумелые, что сами не понижают рабочее напряжение процессоров, особенно в ноутбуках, где это так критично?» Ответ прост и заключается в том, что процессоры выпускаются массово, ноутбуки также выходят с конвейера. Не в интересах производителей затягивать процесс производства, поэтому кому-то везет и его процессор показывает чудеса разгона, а у кого-то отказывается это делать, у кого-то процессор работает при напряжении 1,175 вольт, а у кого-то он стабилен и при 0,98 вольтах. Покупка электроники, — это всегда лотерея. Что скрыто под этикеткой в каждом конкретном случае, познается только на практике.
В заключение хочется поблагодарить разработчиков программных продуктов RightMark CPU Clock Utility и Prime95, которым наш портал МегаОбзор вручает золотую почетную медаль. Ждем ваших вопросов и напоминаем, что все, что вы делаете со своей электроникой, вы делаете на свой страх и риск.
Описанную в статье программу RightMark CPU Clock Utility можно найти по ссылке.
Описанную в статье программу Prime95 можно найти по ссылке.
Источник: megaobzor.com
Энергопотребление ноутбука
Как известно, продолжительность автономной работы ноутбука от аккумуляторных батарей зависит от потребляемой ноутбуком мощности и емкости его батареи, причем:
Потребляемая ноутбуком мощность зависит от энергопотребления всех его подсистем. Основными потребителями мощности в ноутбуке являются ЖК-матрица, процессор, чипсет и блок питания. Остальные компоненты ноутбука также потребляют мощность, но несколько меньше. Понятно, что основная задача разработчиков заключается в уменьшении энергопотребления ноутбуков при сохранении их производительности и функциональности.
Для того чтобы снизить энергопотребление ноутбука, можно установить небольшое время до отключения монитора и жестких дисков в случае неактивности устройства. Однако эти меры дадут эффект только в том случае, если ноутбук используется неактивно и если регулярно возникают паузы в работе. При просмотре же фильма, чтении документа, наборе текста и решении каких-то других задач все указанные меры нерезультативны.
В то же время далеко не все задачи требуют высокой производительности процессора. Более того, даже при выполнении ресурсоемких задач в некоторые периоды утилизация процессора невелика. Поскольку производительность процессора напрямую зависит от потребляемой им мощности, в периоды невысокой утилизации процессора можно попытаться снизить его производительность, а следовательно, и энергопотребление. Собственно, именно этот метод применяется во всех современных технологиях энергосбережения процессоров.
Прежде чем подробно рассмотреть технологии энергосбережения, отметим, что энергопотребление процессора пропорционально его тактовой частоте и квадрату напряжения питания, то есть: P ~ FU2.
Кроме того, между тактовой частотой процессора и напряжением питания существует линейная зависимость: P ~ FU.
Понятно, что для снижения энергопотребления процессора нужно уменьшить его тактовую частоту, поскольку в этом случае тоже можно снизить напряжение.
В процессорах Intel для уменьшения среднего энергопотребления процессора используется технология Enhanced Intel SpeedStep.
Технология Enhanced Intel SpeedStep
Улучшенная технология SpeedStep (Enhanced Intel SpeedStep) дает возможность снизить энергопотребление процессора за счет динамического изменения напряжения ядра процессора и его тактовой частоты. Изменение тактовой частоты процессора происходит благодаря изменению коэффициента умножения процессора, поэтому оно возможно только ступенчатым образом, причем минимальное изменение тактовой частоты соответствует частоте системной шины. Условия работы процессора меняются в зависимости от его загрузки (степени утилизации), от температурного режима, а также от установленных пользователем предпочтений через задание схемы энергопотребления (Power Schemes) в настройках операционной системы.
Технология Enhanced Intel SpeedStep предусматривает использование нескольких возможных значений напряжения питания и частоты (в совокупности — рабочих точек или состояний производительности (Performance State, P-State)), что позволяет достичь эффективного режима функционирования, когда производительность согласуется с рабочей нагрузкой. Для каждого процессора существует своя таблица соответствия частоты и напряжения (таблица P-State).
Управление переходами между рабочими точками выполняется только самим процессором и блоком регулятора напряжения (VRM). Для установки требуемого напряжения процессор посылает служебные VID-последовательности непосредственно в VRM-модуль. При этом никакие другие компоненты системы при осуществлении перехода между рабочими состояниями процессора не применяются.
Переход между рабочими точками процессора, характеризующимися напряжением и частотой, происходит таким образом, чтобы обеспечить работоспособность процессора на протяжении этого перехода, который не может осуществляться мгновенно. Для того чтобы выполнить переход на более высокую тактовую частоту, сначала до требуемого уровня меняется напряжение процессора. На процесс изменения напряжения уходит порядка 100 мкс, то есть он является довольно длительным. Чтобы сохранить работоспособность процессора при изменении напряжения, частота процессора не меняется. Когда же напряжение изменится и достигнет требуемого уровня, происходит скачкообразное увеличение частоты процессора, которое длится порядка 10 мкс. Если требуется осуществить переход к меньшей частоте, сначала происходит практически мгновенное изменение частоты (в течение 10 мкс), а после этого уже при неизменной частоте постепенно уменьшается напряжение самого процессора.
Всего в технологии Enhanced Intel SpeedStep рассматриваются четыре схемы энергопотребления:
- Maximum Performance Mode;
- Battery-Optimized Performance Mode;
- Automatic Mode;
- Maximum Battery Mode.
Схема Maximum Performance Mode — это режим работы ноутбука по умолчанию в случае питания от сети (от внешнего источника питания). В данном режиме процессор работает на максимальной тактовой частоте, что обеспечивает максимальную производительность.
Battery-Optimized Performance Mode — это режим работы ноутбука, устанавливаемый программным способом средствами операционной системы (Windows XP/Me/2000) через настройки схемы энергопотребления (Power Schemes). В данном режиме тактовая частота и напряжение процессора динамически изменяются в зависимости от загрузки процессора, что позволяет существенно снизить энергопотребление (и соответственно увеличить время автономной работы от батареи) по сравнению с режимом работы процессора на номинальной тактовой частоте.
Схема Automatic Mode — режим автономной работы ноутбука от аккумуляторной батареи по умолчанию. В данном режиме при питании от сети процессор работает в режиме Maximum Performance Mode, а при работе от аккумуляторной батареи — в режиме Battery-Optimized Performance Mode.
Ну и последний возможный режим работы — это Maximum Battery Mode. Так же как и режим Battery-Optimized Performance Mode, он устанавливается программным способом. При его выборе тактовая частота и напряжение процессора понижаются до минимального значения, что позволяет значительно снизить энергопотребление. Существенно, что в данном режиме процессор работает на пониженной тактовой частоте при любой степени загрузки. В результате за счет снижения производительности достигается максимально возможное время автономной работы от аккумуляторной батареи. Данный режим предназначен для тех случаев, когда пользователям наиболее критично именно время автономной работы от батареи, даже в ущерб производительности ноутбука.
Автоматическое переключение между этими схемами энергопотребления (например, при отключении внешнего питания) происходит незаметно для пользователя, так как для этого требуется менее 1/1000 доли секунды. Естественно, что сам процесс переключения не нарушает режима работы всех запущенных приложений.
Рассмотрим технологию Enhanced Intel SpeedStep более подробно на примере мобильного процессора Intel Pentium M 1,6 ГГц. Для данного процессора есть шесть различных рабочих точек (табл. 1).
Таблица 1. Таблица соответствия значений частоты и напряжения для процессора Intel Pentium M 1,6 ГГц
В состоянии P0, то есть при работе процессора на частоте 1,6 ГГц при напряжении 1,484 В, его энергопотребление составляет 24,5 Вт. В состоянии P5, то есть при работе процессора на частоте 600 МГц при напряжении 0,959 В, его энергопотребление составляет всего 6 Вт, то есть в четыре раза меньше. На рис. 1 показано энергопотребление процессора Intel Pentium M 1,6 ГГц в разных рабочих точках.
Рис. 1. Энергопотребления процессора в разных рабочих точках
Понятно, что если процессор переходит в режим Battery-Optimized Performance Mode, то его среднее энергопотребление будет меньше 24,5 Вт, поскольку часть времени (если, конечно, речь не идет о задачах, когда процессор утилизирован на 100%) процессор будет малоактивен и перейдет в состояние P5 с низким энергопотреблением.
Настройка схем энергопотребления средствами Windows XP
Если процессор поддерживает технологию Enhanced Intel SpeedStep, то, возможно, ее необходимо активировать в настройках BIOS. Как правило, данная технология активирована по умолчанию, а многие современные модели ноутбуков не позволяют отключить ее через настройки BIOS. Однако активирования данной технологии еще недостаточно для установления нужного режима энергопотребления.
В операционной системе Windows XP для установки требуемого режима работы процессора предусмотрена возможность настройки схемы питания (Power Schemes) в диалоговом окне Power Options (рис. 2).
Рис. 2. Выбор требуемой схемы энергопотребления в операционной системе Windows XP
Всего в операционной системе Windows XP предусмотрено шесть схем питания:
- Home/Office Desk;
- Portable/Laptop;
- Presentation;
- Always On;
- Minimal Power Management;
- Max Battery.
Данные схемы (по умолчанию) отличаются друг от друга временем (которое можно настраивать) до отключения монитора, жестких дисков и перехода в состояния Standby при неактивности системы, а также, что значительно важнее, режимами энергопотребления процессора, предусмотренными технологией Enhanced Intel SpeedStep.
Напомним, что в технологии Enhanced Intel SpeedStep реализованы четыре схемы энергопотребления: Maximum Performance Mode, Automatic Mode, Battery-Optimized Performance Mode и Maximum Battery Mode, однако, учитывая, что схема Automatic Mode сводится к схемам Maximum Performance Mode (при питании от сети) и Battery-Optimized Performance Mode (при питании от батареи), можно считать, что существуют три базовых схемы энергопотребления процессора. Таким образом, в конечном счете шесть схем питания, предусмотренных в операционной системе Windows XP, сводятся к трем базовым схемам энергопотребления, определяемым технологией Enhanced Intel SpeedStep. Соответствие между схемами питания Windows XP и режимами работы процессора показано в табл. 2.
Таблица 2. Соответствие между схемами питания Windows XP и режимами работы процессора
В случае схемы Always On при питании ноутбука и от электросети, и от батареи процессор всегда работает на максимальной тактовой частоте и максимальном напряжении, то есть находится в состоянии P0. Данный режим можно рекомендовать только в том случае, если ноутбук работает от электросети, поскольку при автономной работе, то есть при питании от аккумуляторной батареи, не реализуется динамическое переключение тактовой частоты и напряжения, что сокращает время автономной работы.
Схема Home/Office Desk является наиболее целесообразной для ноутбука. При выборе данной схемы при питании ноутбука от электросети процессор работает на максимальной тактовой частоте и при максимальном напряжении, а при переходе к питанию от аккумуляторной батареи задействуется технология Enhanced Intel SpeedStep, что позволяет увеличить время автономной работы без ощутимой потери производительности.
Схема Portable/Laptop отличается от схемы Home/Office Desk тем, что в ней технология Enhanced Intel SpeedStep используется и при питании ноутбука от электросети. Данную схему питания можно рекомендовать в том случае, когда ноутбук нагревается в процессе работы и часто включает вентилятор процессора.
Схема Minimal Power Management ничем не отличается от схемы Portable/Laptop, однако в этих схемах можно по-разному настроить время отключения монитора, жестких дисков и перехода к режиму Standby.
В схемах Presentation и Max Battery при питании ноутбука от электросети реализуется режим энергопотребления Battery-Optimized Performance Mode, то есть задействуется динамическое переключение частоты и напряжения. При питании ноутбука от аккумуляторной батареи в данной схеме применяется режим Maximum Battery Mode, когда процессор работает при минимальном напряжении и минимальной тактовой частоте, предусмотренной его возможными состояниями. Разумеется, данную схему энергопотребления нужно выбирать в том случае, когда требуется обеспечить максимальное время работы ноутбука от аккумуляторной батареи — даже в ущерб его производительности.
Тонкая настройка энергопотребления процессора с помощью утилиты RMClock
Возможности по настройке ноутбуков с помощью выбора схемы питания достаточно эффективны, однако средствами операционной системы невозможно произвести прецизионную настройку самой технологии Enhanced Intel SpeedStep, то есть операционная система не позволяет определить рабочие точки процессора (задать соответствие между тактовой частотой процессора и напряжением питания). В то же время рабочие точки процессора могут оказаться далеко не оптимальными для него. Ситуация в данном случае такая же, как при разгоне процессора. Номинальная тактовая частота процессора может оказаться заниженной для конкретной модели, и ничто не мешает пользователю увеличить ее без ущерба для стабильности работы. Аналогично и рабочие точки процессора, определяемые для технологией Enhanced Intel SpeedStep, могут оказаться неоптимальными для конкретного процессора, так что можно попытаться скорректировать таблицу соответствия тактовой частоты и напряжения для всех рабочих точек (P-State). В данном случае речь идет о том, чтобы попытаться уменьшить напряжение, соответствующее тактовой частоте в каждой рабочей точке.
Для решения этой задачи можно использовать утилиту RMClock (RightMark CPU Clock/Power Utility), написанную российским программистом Дмитрием Бесединым.
Отметим, что утилита RMClock (http://cpu.rightmark.org) предназначена для контроля частоты, троттлинга и уровня загрузки процессора в реальном времени, а корректировка таблицы P-State — это побочная функция утилиты.
В дальнейшем мы рассмотрим возможности утилиты RMClock на примере версии 2.05. С ее помощью мы настроим ноутбук на основе мобильного процессора Intel Pentium M 1,6 ГГц (Dothan).
Интерфейс утилиты весьма прост и содержит четыре основных окна: General, Monitoring, Management and Profiles и Advanced CPU Settings.
В окне General (Общее) (рис. 3) отображается общая информация о процессоре: модель процессора (CPU Model), название ядра (CPU Core), версия ядра (Revision). Кроме того, в данном окне приводится информация о технологиях, поддерживаемых процессором (PM Features). Активные технологии выделены синим цветом, а неактивные — черным. К примеру, в нашем случае активированы технология EIST (Enhanced Intel SpeedStep Technology) и технология тепловой защиты TM2 (Thermal Monitor 2).
Рис. 3. Окно General утилиты RMClock 2.05
Кроме того, в окне General отображаются тактовая частота ядра в реальном времени (Core Clock), частота троттлинга (Throttle), загрузка процессора (CPU Load) и загрузка процессора операционной системой (OS Load). В дальнейшем нам к тому же потребуется информация о минимальном, максимальном и текущем коэффициентах умножения (Multiplier (FID)) процессора и о минимальном, максимальном и текущем напряжении ядра процессора (Req. Vcore (VID)).
В окне Monitoring в графическом виде отображается информация о тактовой частоте процессора, частоте троттлинга, загрузке процессора и операционной системы, а также о коэффициенте умножения и напряжении ядра процессора (рис. 4).
Рис. 4. Окно Monitoring утилиты RMClock 2.05
В окне Advanced CPU Setting (рис. 5) на вкладке Processor можно активировать технологии, поддерживаемые процессором, и задать некоторые специфические настройки (правда, менять их вряд ли имеет смысл). Аналогичное высказывание можно сделать и в отношении настроек на вкладке Platform.
Рис. 5. Advanced CPU Setting утилиты RMClock 2.05
Окно Management and Profiles предназначено для настройки схем энергопотребления процессора (рис. 6). Здесь можно выбрать схему энергопотребления процессора при питании от сети (AC Power Profile) и при работе от аккумуляторной батареи (Battery Profile). Всего предусмотрено четыре схемы энергопотребления: No Management, Power Saving, Maximal Performance и Performance on Demand. Отметим, что данные схемы подменяют собой схемы питания, настраиваемые средствами операционной системы.
Рис. 6. Окно Management and Profiles утилиты RMClock 2.05
Кроме выбора схемы энергопотребления, можно задать ряд специфических опций (все они активированы по умолчанию), но их, впрочем, менять не рекомендуется.
И вот мы дошли до самого главного — настройки схем энергопотребления процессора.
В плане снижения энергопотребления процессора для нас представляют интерес две схемы — Power Saving и Performance on Demand. Отметим, что различия в возможностях по их настройке заключаются в том, что в схеме Power Saving настраивается только одна рабочая точка процессора, а в схеме Performance on Demand — все возможные одинаковые, поэтому мы рассмотрим процесс настройки на примере только схемы Performance on Demand.
Для того чтобы открыть окно настройки схемы энергопотребления Performance on Demand, необходимо в списке Management and Profiles выбрать пункт Performance on Demand. В появившемся окне (рис. 7) имеются две вкладки — AC Power и Battery. Соответственно вкладка AC Power предназначена для настройки данной схемы в режиме питания от сети, а вкладка Battery — в режиме питания от аккумуляторной батареи.
Рис. 7. Настройка схемы энергопотребления
Процесс настройки заключается в корректировке таблиц рабочих точек процессора. Чтобы скорректировать таблицу рабочих точек, используемую по умолчанию, необходимо отметить пункт Use P-State Transition (PST). В нашем случае процессор поддерживает применение восьми коэффициентов умножения (6.0х, 8.0х, 9.0х, 10.0х, 11.0х, 12.0х, 14.0х, 16.0х), поэтому всего возможно использование восьми рабочих точек. Каждому коэффициенту умножения, то есть каждой тактовой частоте процессора, соответствует определенное напряжение.
Для изменения напряжения первой рабочей точки (State 0) ее необходимо выделить и, нажав на правую кнопку мыши, в появившемся меню выбрать пункт Modify. Аналогично в данном меню можно выбрать пункты Add, Delete и Defaults. При выборе пункта Add появляется возможность добавить рабочую точку, при выборе пункта Delete рабочая точка удаляется, а при выборе пункта Defaults в рабочей точке устанавливается напряжение по умолчанию.
При выборе пункта Modify откроется новое диалоговое окно Add/Modify Performance State (рис. 8). В нашем случае, то есть для первой рабочей точки, соответствующей минимальной тактовой частоте (коэффициент умножения 6.0х), напряжение по умолчанию составляет 0,988 B. Это напряжение нужно попытаться уменьшить. Минимально возможное напряжение равно 0,7 В. Не факт, что при выборе данного напряжения процессор будет работать стабильно, но можно попытаться сразу задать минимальное напряжение, выбрав его в открывающемся списке. Если ноутбук при задании минимального напряжения в состоянии State 0 работает нестабильно, то процедуру необходимо повторить, увеличив напряжение. В итоге методом проб и ошибок можно найти минимальное напряжение, при котором процессор будет работать стабильно.
Рис. 8. Изменение напряжения рабочей точки
После того как найдено напряжение для состояния State 0, можно приступить к подбору напряжения для рабочей точки, соответствующей максимальному коэффициенту умножения. В нашем случае это состояние State 7 с коэффициентом умножения 16.0х и напряжением 1,34 В. Обратите внимание, что при изменении напряжения в состоянии State 0 также меняется напряжение во всех промежуточных рабочих точках, кроме последней. Для того чтобы изменить напряжение во всех промежуточных рабочих точках, необходимо отметить пункт Auto-adjust intermediate P-State VIDs в окне Add/Modify Performance State.
Для того чтобы проверить стабильность работы процессора при подборе напряжения в состоянии State 7, удобно использовать стресс-тест процессора. К примеру, можно воспользоваться тестом PCMark05, выбрав в нем только тесты для процессора. Если ноутбук стабильно проходит стресс-тест при заданном напряжении процессора, то можно попытаться еще снизить напряжение. В нашем случае методом проб и ошибок было найдено минимальное напряжение для коэффициента умножения 16.0х, равное 0,956 В. В результате диапазон напряжения процессора составил от 0,7 до 0,956 В вместо начального диапазона от 0,988 до 1,34 В.
На рис. 9 показано изменение напряжения, коэффициента умножения и тактовой частоты процессора при прохождении теста PCMark05. Как видно, коэффициенту умножения 16.0х (тактовая частота 1600 МГц) соответствует напряжение 0,956 В.
Рис. 9. Прохождение теста PCMark05 после изменения напряжения в рабочих точках
Нетрудно рассчитать и снижение энергопотребления процессора после задания новых значений напряжения в рабочих точках. Учитывая, что потребляемая процессором мощность прямо пропорциональна квадрату напряжения питания, для состояния State 0 потребляемая мощность снизится в 1,99 раза, а для состояния State 7 — в 1,96 раза. Во всех промежуточных рабочих точках процессора снижение потребляемой мощности составит от 1,99 до 1,96 раза.
Таким образом, путем корректировки таблицы рабочих точек процессора нам удалось снизить его энергопотребление почти вдвое в сравнении с энергопотреблением по умолчанию. Учитывая, что на долю процессора приходится приблизительно 30% всей потребляемой устройством мощности, общее энергопотребление ноутбука при этом сократится примерно на 18%.
Аналогичным образом можно настроить схемы энергопотребления Power Saving и Maximal Performance, однако в данном случае задается напряжение только для одной рабочей точки. Понятно, что для схемы Power Saving речь идет о рабочей точке, отвечающей минимальному коэффициенту умножения, а для схемы Maximal Performance — максимальному коэффициенту умножения.
При выборе схемы энергопотребления лучше выбрать схему Performance on Demand при питании ноутбука от сети, что позволит снизить нагрев процессора и сделать ноутбук еще более тихим, а при питании ноутбука от аккумуляторной батареи можно выбрать схему Power Saving или Performance on Demand.
Отметим, что утилиту RMClock можно использовать не только для настройки ноутбуков на базе мобильных версий процессоров, поддерживающих технологию Enhanced Intel SpeedStep. Данная утилита поддерживает также процессоры AMD с технологией Cool & Quite. Кроме того, все современные процессоры для настольных ПК поддерживают технологию Enhanced Intel SpeedStep или Cool & Quite, и в данном случае утилита RMClock может служить прекрасным инструментом для создания малошумных систем.
В заключение отметим, что после настойки таблицы состояния процессора и выбора схем энергопотребления можно настроить автоматический запуск утилиты RMClock при старте операционной системы. Для этого достаточно щелкнуть по иконке запущенной программы в системном трее правой кнопкой мыши и в открывшемся меню выбрать пункт Run Automatically on Startup.
Источник: compress.ru